【正文】 近產(chǎn)生缺鉻的現(xiàn)象(稱為貧鉻區(qū))，因此易發(fā)生粒間腐蝕(intergranular corrosion)的現(xiàn)象，這樣的現(xiàn)象在焊接工作或熱處理等場合時(shí)常發(fā)生，因此必須注意。前兩類的不銹鋼雖各有其優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用范圍，但是都是屬于鉻系不銹鋼，鉻系不銹鋼的缺點(diǎn)就是在酸性環(huán)境下(尤其是硫酸、鹽酸等)，耐蝕性不良，因此必須添加Ni，以抵抗酸性環(huán)境的侵蝕。麻田散體系不銹鋼價(jià)格便宜，硬度、強(qiáng)度佳，但耐蝕性略差，可以作為刀具、軸承、閥門零件、外科手術(shù)刀等，是一類具有磁性的不銹鋼。但是因?yàn)殇撝羞€有碳的存在，碳會(huì)與Cr形成碳化鉻，而消耗一部分鉻，大致上1%C必須要1%Cr結(jié)合，所以如果純?yōu)榉柿ｈF結(jié)構(gòu)，實(shí)際含鉻量必須增加。此外，如果加上碳的影響因素，則可能產(chǎn)生以熱處理增加強(qiáng)化效果的麻田散體系及析出硬化系不銹鋼。如果以晶體結(jié)構(gòu)組織上來區(qū)分則可以分為：肥粒體系、麻田散體系、沃斯田體系、析出硬化系等。不銹鋼能耐蝕的原因，是因?yàn)镃r能在鋼的表層形成一種致密的氧化鉻膜，可以阻隔鋼料內(nèi)部的氧化作用，因而可以防止一般大氣環(huán)境下的腐蝕。鋼鐵材料應(yīng)用極廣，但是耐蝕性不佳是其缺點(diǎn)，尤其臺(tái)灣氣候溫濕，因此耐蝕性特別重要，除了使用各種覆面或涂裝技術(shù)，最基本的方式還是必須改善鋼的性質(zhì)。(2)燒結(jié)硬質(zhì)合金碳化鎢WC或碳化鈦TiC等的粉狀碳化物，加入黏結(jié)用金屬鈷Co(或Ni、Mo)，加壓并燒結(jié)，就可以得到紅熱硬度很高的合金材料，如果制成切削刀具，可以較一般工具鋼的切削速度更高，并具有更長的刀具壽命，燒結(jié)后的碳化鎢塊可以銅焊接著于鋼制刀柄，用以切削鋼鐵、鑄件、非鐵金屬或非金屬等材料。硬質(zhì)合金是通常是以鑄造或是粉末冶金的方式制造，它具高硬度的原因，是由于大量增加合金中碳化物的量亦或是直接使用碳化物來制成。 淬火后的高速鋼約在400~550℃間實(shí)施回火，在回火的過程中，由于合金成份會(huì)產(chǎn)生碳化物析出的現(xiàn)象，會(huì)使得硬度再次提升，此種特殊的現(xiàn)象稱為二次硬化，有時(shí)為使鋼中殘留的沃斯田鐵變態(tài)完成麻田散鐵以增加其硬度，還會(huì)實(shí)施二次回火或三次回火等。(5)V可以使晶粒微細(xì)化，增加強(qiáng)度。高速鋼除C外含有大量的合金元素，例如：W、Mo、Cr、V、Co等，其主要功能整理如下：(1)C可與各元素形成碳化物，增加刀具的切削能力。2．耐沖擊用合金工具鋼此類合金鋼為增加沖擊韌性，因此含碳量稍低，所以切削性及耐磨耗性也稍差。132合金工具鋼高碳工具鋼價(jià)格便宜，其機(jī)械性質(zhì)主要是以含碳量多少來決定，由于一般淬火于水中，因此屬于水硬性鋼，其缺點(diǎn)則是硬化深度較淺，在高溫時(shí)強(qiáng)度較差。由于工具鋼多需利用熱處理以達(dá)到材料的最佳性質(zhì)，因此尺寸要求精密的機(jī)件，必須先實(shí)施半加工成形(semifinished)，經(jīng)熱處理，再完成加工(finished)。能夠使用于制造工具、切削刀具或模具的材料大致包括：高碳工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、工具用非鐵硬質(zhì)合金等。NiCrMo鋼也適于大型零件，其鋼料編號(hào)為SAE 8XXX，JIS編號(hào)為SNCMXX，用于大型軸、曲柄軸、高強(qiáng)度螺栓，以致于中小型軸或內(nèi)燃機(jī)連桿等。CrMo鋼使用的場合，例如：汽車曲軸、鍛造或機(jī)制的軸、軸環(huán)和葉輪等。在耐蝕鋼中，含鉻18%、鎳8%的高合金鋼，我們稱為188鋼，就是一種常用的不銹鋼。%~%，另外含有少量Mn等元素，焊接性好，在鋼料編號(hào)上屬于SAE4XXX系，主要用途有：手工具、小型機(jī)械零件、螺栓等。鉻鋼在鋼的編號(hào)上屬于SAE 5XXX系，JIS編號(hào)為SCrxx。要特別注意的是，即使在這里合金元素的種類與隨后要說明的某些特殊鋼(例如：不銹鋼)類似，但含量較少，所以效果也不一樣。許多合金元素如P、Si對(duì)于鋼硬化能也有幫助，但是有其添加的限制，所以并不適合。其次，某些特殊元素不但可以改善硬化能，發(fā)揮淬火的效果，在回火處理時(shí)也可以減少硬度、強(qiáng)度受到的影響，即使回火到較高的溫度，也可以得到強(qiáng)度及韌性高的組織。質(zhì)量效果是指當(dāng)尺寸較大的零件，在淬火時(shí)其中心部份得到硬化效果的難易程度。熱處理用合金鋼大多是應(yīng)用于機(jī)械構(gòu)成的零件，例如：曲柄軸、齒輪、強(qiáng)力螺栓、鍵、銷等，這些組件注重強(qiáng)度，而且接合的方式也大多不使用焊接，因此假如能利用熱處理，使這一類合金鋼形成回火麻田散鐵的組織而加以應(yīng)用，就可以得到兼具強(qiáng)、韌的效果。此外，如鈣Ca、碲Te、硒Se、鉍Bi也都有改善切削性的功能，Ca易切鋼是煉鋼時(shí)用Ca脫氧，其能形成易切的原理與S、P和Pb不同，Ca易切鋼是脫氧時(shí)的生成物，在切削時(shí)熔著于切刃邊，能產(chǎn)生減少磨擦的作用，而且具有保護(hù)刀具，增加刀具壽命的功能。由于經(jīng)濟(jì)及迅速切削的需求，加上自動(dòng)切削機(jī)械的發(fā)展，因此在不特別要求強(qiáng)度的小型零件，就可以采用此種鋼來制造。構(gòu)造用HSLA鋼，且可用于沿海之鉆油機(jī)、電力輸送機(jī)、火車及船體。早期HSLA鋼在耐蝕性表現(xiàn)甚佳，但是為了改善加工成形性，因而必須犧牲一些防蝕能力，以換取較佳的成形性，又由于HSLA 鋼所做成的機(jī)件比由普通碳鋼所做成的機(jī)件更薄，因此一旦生銹，氧化的銹層會(huì)使HSLA鋼能承受荷重的斷面大受影響。 使HSLA鋼之強(qiáng)度增強(qiáng)的方法，除了加入少量的合金元素，在軋鋼廠中經(jīng)由特殊的軋延及冷卻過程中也可以加入。由于大型結(jié)構(gòu)物焊接完成之后都難以熱處理，所以在正常化或是軋延狀態(tài)就要有高強(qiáng)度，也就是以固溶的方式在制造材料時(shí)就已完成強(qiáng)化。構(gòu)造用合金鋼是指使用在構(gòu)成機(jī)械的零件或建筑土木等各項(xiàng)工程結(jié)構(gòu)上的鋼料，例如：大型機(jī)械軸、壓力容器、高層建筑、橋梁鋼架或高強(qiáng)度螺栓、齒輪等。分 類鋼 種主要合金用 途構(gòu)造用合金鋼高強(qiáng)度低合金鋼低Mn、低SiMn汽車車身、構(gòu)造用機(jī)件、船體熱處理用中合金鋼(強(qiáng)韌鋼)Ni、Cr、NiCr、CrMo、NiCrMo曲柄軸、螺栓、齒輪、大型軸表面硬化鋼滲 碳 鋼Ni、NiCr、CrMo、NiCrMo齒輪、汽車工業(yè)變速箱、差速器氮 化 鋼AlCr、AlCrMo、AlCrMoNi、汽缸套、車床主軸、銑床零件特(一)構(gòu)造用合金鋼： (a)非熱處理型：大致是低合金量，包括高強(qiáng)度低合金鋼及易切鋼。 c．硅能增高淬火溫度。 c．是氮化用鋼的重要元素。在不銹鋼中加銅 34%，亦有助不銹鋼之防蝕作用。 d．增加鋼之保磁能力，故為制造磁石鋼之主要元素。 d．合金鋼中加入鉬可去除回火脆性。6．鉬Mo 鉬可增加鋼之最大強(qiáng)度及硬度，因此在合金鋼中也頗為重要。5．錳Mn 錳亦為鋼中重要元素，其作用及影響如下: a．在適量下，錳量增加可增加鋼之最大強(qiáng)度及硬度。 e．可增加鋼之保磁性，故可配入鋼中而制造永久磁鋼。此外， a．鎢可以提高鋼之淬火溫度。 b．能降低熱處理時(shí)的淬火溫度，因之在處理時(shí)變形小。 c．能增加耐磨耗性。如果以合金含量來區(qū)分，合金鋼中合金元素的總含量在6%以上稱為高合金鋼，合金元素總含量在6%以下稱為低合金鋼。加入18%鎢、4%鉻、1%釩時(shí)即為高速鋼。合金鋼是指碳鋼添加一種或一種以上合金元素所形成的鋼料。碳鋼具有不錯(cuò)的機(jī)械性質(zhì)，能實(shí)施熱處理，而且在一般用途上都能勝任。第三、四位數(shù)(或第三、四、伍位數(shù)字)代表含碳量。若是表示最小抗拉強(qiáng)度或最小降伏強(qiáng)度，通常以三位數(shù)字表示，常用于建筑結(jié)構(gòu)用等不須規(guī)定含碳量鋼料的場合。另外德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)和美國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)(UNS)相關(guān)業(yè)界有時(shí)也會(huì)采用。摘 要(二)材料的取代和新材料的選用由于材料的改良和新材料的不斷發(fā)展，許多制品原來使用的材料，可以替代而性能更佳，價(jià)格更便宜。如果使用鍛鋼，必須考慮硬化能的問題，因此常用的有鉻鉬鋼(SAE 4140)或中碳鋼SAE 1035及SAE 1050。唯鋁合金的磨耗性較差，這一點(diǎn)也要考慮。(一)引擎材料的選用機(jī)械產(chǎn)生動(dòng)力來自于引擎，常見的引擎如：空壓機(jī)、汽機(jī)車、電機(jī)原動(dòng)力廠等。承受的負(fù)荷則關(guān)系局部或全部淬火，負(fù)荷大的零件以全部淬火為宜，表面淬火則可承受耐疲勞及磨耗的場合。以上提到的是材料選用的原則。因此如果材料不是唯一的選擇，那么價(jià)格合理的同級(jí)材料或以開發(fā)新產(chǎn)品替代都是不錯(cuò)的解決方案。 (一)材料的規(guī)格要符合使用的需求選擇材料最基本的考慮，就在滿足產(chǎn)品的特性及要求，例如﹕抗拉強(qiáng)度、切削性、耐蝕性等。141 材料選擇的根據(jù)GGG = 球狀石墨鑄鐵表1 德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 之鑄鐵分類例如:GSC30為鑄鋼，％ ％的鑄鐵，含錳量12％。(如前述，高合金鋼通常是指合金總含量在8％以上的鋼料)例如:％的不銹鋼，含鉻量18％含鎳量8％，表示為 X12CrNi18 8同理 X10CrNi1810 ％的高合金鋼，含鉻量18 ％ 含鎳量10。另外也有抗拉強(qiáng)度及其它表示法，例如:St50 表示抗拉強(qiáng)度50kg/mm2之構(gòu)造用碳鋼，CK40表示含磷、硫量甚低之碳鋼，抗拉強(qiáng)度為40kg/mm2。（3）美國統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng) UNSUNS是Unified Numbering System 的簡稱，在1974年為ASTM及SAE 聯(lián)合制定，UNS 本身只是一種編號(hào)，而非規(guī)格，它將金屬分為17個(gè)系列編號(hào)并與原有的體系配合，例如： UNS G10XX0 = SAE 10XX，而有索引、整合、參考的意義，因此而稱統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng)。首位字母表 示 意 義A鋼鐵類B非鐵金屬類C一般測試法鋼 種編 號(hào)鋼 種編 號(hào)碳鋼1耐熱鋼30普通碳鋼10鉬鋼4易削鋼(加硫)11Cr(﹪)41錳 鋼13NiCr43鎳鋼2Ni(﹪)46﹪Ni20鉻鋼5﹪Ni21Cr(﹪)51﹪Ni23Cr(﹪)52鎳鉻鋼3鉻釩鋼6﹪﹪Cr31鎢鋼7﹪﹪Cr32鎳鉻鉬8﹪﹪Cr33硅錳鋼9第三、四位數(shù)(或第三、四、伍位數(shù)字)代表含碳量。此外如果需要，可將材料的加工方法、熱處理方式等附注于后，加工方法例如:D(Drawing)抽制、G(Grinding)研磨、T(Turning)車削、Ex(Extruded)擠制。2．日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)JIS是Japanese Industral Standard 的簡稱，JIS對(duì)于鋼鐵材料的的編號(hào)大致可分兩大類：（1）一般機(jī)械構(gòu)造用碳鋼： 其材料編號(hào)方法和CNS的第一種表示法相同。基本符號(hào)為一字英文字母(大寫)，細(xì)分符號(hào)為一位數(shù)字或多位數(shù)字組合并附在基本符號(hào)之后。（2）鋁及鋁合金的規(guī)格鋁及鋁合金之種類及符號(hào)系依CNS 2068 H3021之規(guī)定，適用范圍為鍛鋁、鍛鋁合金(以下簡稱鍛鋁合金)及鑄鋁、鑄鋁合金(以下簡稱鑄鋁合金)之合金種類及煉度符號(hào)。基本鋼附加符號(hào)鉛添加鋼L 硫添加鋼S鈣添加鋼U注：機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼料的符號(hào)機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼料使用很廣，因此CNS 2608 G2018特別在附錄2中說明適用范圍及其符號(hào)所代表的意義：適用范圍：機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼鋼料及結(jié)構(gòu)用合金鋼鋼料種類符號(hào)之組成。 例：SCM 420 表示鉻鉬鋼中編號(hào)420的材料 STB 340 表示鍋爐及熱交換器用鋼，抗拉強(qiáng)度不 低于340 N/mm2。常用的有－P：Plate(薄板) 、 T：Tube(管) 、 U：Use(特殊用途) W：Wire(線材) F：Forging(鍛造) C：Casting(鑄造) 例：S P CC：Plate，鋼板(冷軋)。另外德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)和美國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)(UNS)相關(guān)業(yè)界有時(shí)也會(huì)采用。 一般材料的化學(xué)成份與機(jī)械性質(zhì)是息息相關(guān)的，因此常用的材料編號(hào)大多是以化學(xué)成份命名為主，再輔以機(jī)械性質(zhì)(如第七章部分材料的規(guī)格敘述)。而為了標(biāo)準(zhǔn)化起見，材料必須經(jīng)由一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)規(guī)范，確保其可靠度。而在針對(duì)機(jī)械材料規(guī)格方面，常用的還包括ASTM(美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì))、AISI(美國鋼鐵協(xié)會(huì))、SAE(美國汽車協(xié)會(huì))等，而我國主要?jiǎng)t依據(jù)CNS(中國國家標(biāo)準(zhǔn))訂定。(Quality Statement):指質(zhì)量方面，例如煉鋼方式或脫氧情況。而隨著工業(yè)化程度的提高及國際間貿(mào)易往來的趨勢，產(chǎn)品的流通愈來愈頻繁，為了增進(jìn)效率及提供產(chǎn)品零件的互換性，工業(yè)規(guī)格的訂定更是必然的結(jié)果。機(jī)械材料的規(guī)格及選用學(xué)習(xí)目的。為了適合某一種特別的用途，生產(chǎn)者當(dāng)然必須促使產(chǎn)品能夠符合需要，這樣就有規(guī)范的存在必要。(Chemical Composition):包括各項(xiàng)成分元素的含量范圍或成分代號(hào)?，F(xiàn)今世界各國各依其工業(yè)化的發(fā)展而有不同的工業(yè)規(guī)格，例如：美國的ANS(美國國家標(biāo)準(zhǔn))、日本的JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))、德國的DIN(德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))等。一種機(jī)械材料的規(guī)格最主要可以由：材料的種類、成份和機(jī)械性質(zhì)來說明。13常用的材料編號(hào)目前，在我國較常用的規(guī)格有三種：中國國家標(biāo)準(zhǔn)(CNS)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)、美國鋼鐵學(xué)會(huì)－美國汽車工程師學(xué)會(huì)(AISISAE)。第二部分有兩種不同的表示法； a．表示標(biāo)準(zhǔn)名稱或是制品用途。若是表示最小抗拉強(qiáng)度或最小降伏強(qiáng)度，通常以三位數(shù)字表示。附加符號(hào)由第一群及第二群組成，第一群—為鋼料為改善其性質(zhì)(例如切削性)所添加的特殊元素（例）改善切削性之添加元素（例） S 30 C：碳鋼，﹪ S 20 C 4：碳鋼，﹪第四種構(gòu)造用碳鋼 S(55)C：一般構(gòu)造用碳鋼，最小抗拉強(qiáng)度55kg/mm2 S85WMo(HS)：﹪的鎢鉬高速鋼 OS90C(T)：以平爐煉鋼法提煉，﹪的工具鋼b．碳含量的代表